7 Perguntas que tiram o sono dos físicos… – 30.12.2016

7 Perguntas que tiram o sono dos físicos… – 30.12.2016

Será que o Big Bang foi realmente o começo de tudo? Várias teorias levam a crer que, antes da grande explosão, havia alguma outra coisa preenchendo o espaço e o tempo… As potenciais respostas apontam para uma visão surpreendente da natureza do universo, sua origem e nosso lugar nele.

O universo é extremamente enorme e complexo, mas isso não significa que os humanos não estejam tentando entendê-lo. E, para tanto, surgiu o ramo da cosmologia, que estuda a estrutura, a evolução e a composição do universo. Seus pesquisadores analisam o que aconteceu, o que está acontecendo e o que deve acontecer no universo, tudo para descobrir como ele surgiu em primeiro lugar. Edwin Hubble foi o primeiro a descobrir que o universo estava expandindo, ao notar que as galáxias pareciam estar se distanciando cada vez mais. Isso implicava que tudo deveria ter começado com uma explosão monumental de um ponto infinitamente quente e pequeno. Na época, tal fenômeno foi chamado, ironicamente, de Big Bang. A piada se tornou séria quando as evidências para o evento se acumularam, e o nome ficou.

Depois da explosão que literalmente deu origem a tudo, o universo esfriou para formar estrelas e galáxias. Os cosmologistas têm varias ideias de como isso aconteceu, mas, hoje em dia, nossas melhores chances de provar o que realmente ocorreu estão com os físicos de partículas, que tentam recriar as condições desse início do universo em laboratório.

Eles estudam matérias e forças em energias cada vez mais altas, antes com raios cósmicos, e agora com aceleradores de partículas, que colidem partículas subatômicas. Quanto maior a energia do acelerador, mais longe no tempo os cientistas são capazes de “ver” – entender as condições. Hoje, as coisas são feitas em sua maioria de átomos, mas, centenas de segundos depois do Big Bang, o espaço estava muito quente para os elétrons e prótons se juntarem e formarem núcleos e átomos – a temperatura alta superava as forças que normalmente os mantêm juntos. Ao invés disso, o universo consistia em um mar de partículas subatômicas. Mais do que isso, microssegundos depois do Big Bang, prótons e nêutrons estavam apenas começando a se formar a partir de quarks, um dos blocos fundamentais de construção do Modelo Padrão da Física.

Ainda antes disso, a energia era alta demais até mesmo para os quarks ficarem juntos. Os físicos acreditam que, testando subpartículas em energias ainda maiores, eles podem ter uma ideia de como era esse momento inicial no qual todas as forças eram iguais, o que tornaria a compreensão da origem do universo muito mais fácil.

Mas, para conseguir tal façanha, eles precisam construir aceleradores maiores, e trabalhar muito para combinar todo o conhecimento humano das coisas enormes do universo com as coisas mais minúsculas nele. E nós estaremos aguardando ansiosamente pelo próximo passo no desvendamento desse mistério colossal

— As perguntas que não querem calar…

1 – Por que este universo?

Em sua busca pelas leis fundamentais da natureza, os físicos têm trabalhado essencialmente sob um paradigma de longa data: demonstrar por que o universo deve ser como o vemos. Mas se outras leis podem ser cogitadas, por que não pode existir um universo em algum outro lugar? “Talvez nós não encontremos outra alternativa que não seja o universo que nós conhecemos”, disse Sean Carroll de Caltech. “Mas eu suspeito que isto não esteja certo”. Carroll acha fácil imaginar que a natureza permite tipos diferentes de universos com leis diferentes. “Logo, em nosso universo, a pergunta transforma-se em: por que estas leis e não algumas outras leis?”

2 – De que tudo é feito?

Já é bem claro que a matéria comum – átomos, estrelas e galáxias compõe 4% da energia total do universo. Os outros 96% é que mantêm a física Katherine Freese, da Universidade de Michigan, ocupada. Ela está entusiasmada com uma parte do problema, a natureza de matéria escura e é possível que esteja próxima da solução. Com base em dados de sua nova experiência com o satélite Fermi, da NASA, ela conseguiu descobrir que as partículas de matéria escura em nossa própria galáxia estão se destruindo em uma taxa mensurável, o que por sua vez poderia revelar suas propriedades. Mas a descoberta da energia escura, que parece acelerar a expansão do universo, criou um novo quebra-cabeça cheio de enigmas e sem nenhuma resposta à vista. Isto inclui a natureza da própria energia escura e a pergunta de por que há um valor tão extraordinariamente pequeno permitindo a formação de galáxias, de estrelas e do surgimento da vida.

3 – Como a complexidade acontece?

Do comportamento imprevisível do mercado financeiro à ascensão da vida a partir da matéria inerte, Leo Kadanoff, físico e matemático aplicado da Universidade de Chicago, procura as perguntas mais atraentes sobre a ascensão de sistemas complexos. Ele se preocupa devido a uma parte dos físicos e matemáticos se focalizarem apenas no muito pequeno e no muito grande. “Nós não sabemos como um vidro de janela comum trabalha e toma um formato”, afirma. “A investigação de coisas familiares é importante apenas para chegarmos a um entendimento”, defende. “A vida em si só será verdadeiramente entendida por decodificação de como os componentes simples com interações simples podem conduzir aos fenômenos complexos”, explica.

4 – A teoria das super-cordas será provada como correta?

O físico de Cambridge David Tong é apaixonado pela beleza matemática da Teoria das Supercordas – ideia de que as partículas fundamentais que observamos não são pontos e sim cordas minúsculas. Ele admite que uma vez teve uma crise filosófica quando concluiu que pode viver sua vida inteira sem saber se a Teoria das Cordas constitui realmente uma descrição de toda a realidade.

Tong se conforta em saber que os métodos da Teoria das Cordas podem atuar como suporte para pesquisas de problemas menos fundamentais, tais como o comportamento dos quarks e de metais exóticos. “É uma teoria útil; então, estou tentando me concentrar nela”, diz.

5 – O que é a singularidade?

Para o cosmólogo e diretor do Perimeter Institute, Neil Turok, o maior mistério é como tudo começou, a grande explosão, mais conhecida como o Big Bang. A teoria convencional aponta novamente um estado infinito, quente e denso no início do universo, onde as leis da física conhecidas se dividem. “Nós não sabemos descrevê-la”, disse Turok. “Como pode qualquer um alegar que tem uma teoria sem isso?”. Ele está esperançoso de que há uma relação entre a Teoria das Supercordas e um desenvolvimento conhecido como “o princípio holográfico”, que mostra que uma singularidade em três dimensões pode ser traduzida em uma entidade matematicamente mais manejável em duas dimensões (a qual pode implicar em que a terceira dimensão e a própria gravidade são ilusórias). “Estas ferramentas estão nos dando novas formas de pensar sobre o problema, que são profundamente satisfatórias em um sentido matemático”, diz.

6 – O que é a realidade realmente?

O mundo material pode, em algum nível, estar além da compreensão, mas Anton Zeilinger, professor de física da Universidade de Viena, está profundamente esperançoso de que os físicos simplesmente têm passado raspando pela superfície de alguma coisa muito grande. Zeilinger especializa-se nas experiências com o quantum, que demonstram a influência aparente dos observadores na formação da realidade. “Talvez a descoberta real virá quando nós começarmos a realizar as conexões entre a realidade, o conhecimento e as nossas ações,” diz. É um conceito bem estabelecido na prática. Zeilinger e outros pesquisadores têm mostrado que as partículas que são amplamente separadas podem de algum modo ter estados quânticos vinculados, de modo que, ao observar o estado de um, o efeito no outro também seja afetado. Ninguém conseguiu descobrir ainda como o universo parece saber quando está sendo observado.

7 – Como que a física pode nos levar tão longe?

Talvez a maior pergunta é se o processo de investigação que revelou tanto sobre o universo desde a época de Galileu e de Kleper está próximo do fim da linha. “Eu me preocupo se nós chegamos aos limites da ciência empírica”, disse Lawrence Krauss, da Universidade Estadual do Arizona. Especificamente, Krauss quer saber se exigirá o conhecimento de outros universos, tais como aqueles levantados por Carroll, para compreender porque nosso universo é da maneira que é. Se tal conhecimento for impossível de alcançar, isso pode significar o fim do aprofundamento do nosso entendimento de qualquer coisa que esteja além disso.

Visão pessoal…

Há muito tempo físicos preveem que o universo acabará na chamada “morte térmica”, estado em que terá utilizado toda a sua energia e não poderá mais sustentar nenhum movimento. Porém, novos cálculos realizados por uma equipe de físicos australianos mostram que a morte térmica pode chegar mais cedo do que os cientistas acreditavam. A morte térmica é baseada no conceito da entropia, que afirma que estados desordenados são mais estáveis que aqueles ordenados. Em uma experiência da vida real, por exemplo, pode se dizer que é mais fácil quebrar uma janela de vidro (estado ordenado) do que reorganizá-la ou criar uma nova janela – estado desordenado – ou seja, a janela permanecerá quebrada. Na escala do universo, sistemas complexos como estrelas, planetas e galáxias são como a janela de vidro, e os novos cálculos mostram que buracos negros supermassivos estão quebrando-os mais rapidamente do que imaginávamos. Já era de conhecimento dos físicos que os buracos negros contribuem com a entropia do universo ao quebrar a matéria e energia em seus turbilhões gravitacionais, mas os cálculos sempre mostraram o nível da desordem com base nos buracos negros menores e mais frequentes. Entretanto, o novo cálculo leva em consideração o poder destrutivo dos buracos negros supermassivos, que podem consumir galáxias inteiras. Os cientistas australianos descobriram que os cálculos antigos subestimavam quanto do universo esses buracos negros já “engoliram”. Porém, não é preciso começar a se preocupar com o fim do mundo: em uma escala humana, é como se o cálculo anterior afirmasse que o universo fosse morrer aos 90 anos. O novo cálculo descobriu que ele está mais próximo desta idade do que dos 50 anos. Mas é claro que as estimativas envolvem a morte térmica para daqui a bilhões de anos, então o universo ainda tem um bom tempo para aproveitar a velhice…

Inspiração…

Fronteiras da Física – O Universo Elegante – Scientific American

Recomendo…

Fonte – Monicavox